マルチボディダイナミクスモジュール

マルチボディダイナミクスモジュールで剛体‐軟体アセンブリを解析

マルチボディダイナミクスモジュール

ヘリコプターローターブレードの向きを制御するスウォッシュプレート機構の解析. 剛ブレード設計と柔軟ブレード設計の両方の過渡シミュレーションでは, ブレードの変形や揚力など, 役立つ性能測定基準が得られます.

マルチボディシステムの設計最適化ツール

マルチボディダイナミクスモジュールは構造力学モジュールの拡張版であり, 有限要素解析 (FEA) で多体構造力学システムを設計, 最適化する高度なツールセットを備えています. このモジュールでは, 柔軟体と剛体の混合システムをシミュレートできます. 柔軟体と剛体はそれぞれ大きな回転変位または並進変位をします. このような解析はマルチボディシステムの重要ポイントの把握に役立ち, より詳細な構成要素レベルの構造解析が可能になります. このモジュールでは構造セグメントにかかる力や, 柔軟部品で生成され, 大きな変形や疲労による障害を招くおそれのある応力を解析する自由度もあります.

ジョイントライブラリの活用

定義済みのジョイントのライブラリはモジュールに組み込まれており, マルチボディシステムの各部品間の関係を簡単に, また確実に指定できます. 部品同士は, 一定の動作しかできないよう相互結合されます. ジョイントはアタッチメントで 2 つの構成要素を結合します. ジョイントのタイプにもよりますが, ひとつの部品は空間内を自由に動き, その間他の部品は一定の動作しかできないよう拘束されます. マルチボディダイナミクスモジュールにあるジョイントのタイプは, いかなるタイプの結合もモデル化できるという意味では包括的です. そのため, 以下のジョイントタイプで正確なマルチボディ構造力学モデルを設計することができます.

  • 角柱 (3D, 2D)
  • ヒンジ (3D, 2D)
  • 円筒 (3D)
  • ネジ (3D)
  • 平面 (3D)
  • 球 (3D)
  • 溝 (3D)
  • 絞り込み溝 (3D, 2D)
  • 固定ジョイント (2D, 3D)
  • ディスタンスジョイント (2D, 3D)
  • ユニバーサルジョイント (3D)

事例紹介

プリズム, ヒンジ, 円筒, ネジジョイントの動作の向き. プリズム, ヒンジ, 円筒, ネジジョイントの動作の向き.
平面, 球, 溝, 絞り込み溝ジョイントの動作の向き. 平面, 球, 溝, 絞り込み溝ジョイントの動作の向き.
マニュアルトランスミッション車内の5速シンクロメッシュギアボックスのギアボックスハウジングの応力と周囲の空気(右上と右下)の音圧レベル. ギアボックスの1つのポイントでの法線加速度の周波数スペクトルも表示される(左下). マニュアルトランスミッション車内の5速シンクロメッシュギアボックスのギアボックスハウジングの応力と周囲の空気(右上と右下)の音圧レベル. ギアボックスの1つのポイントでの法線加速度の周波数スペクトルも表示される(左下).
ヘリコプターのローターブレードの向きを制御するために, 斜板機構が使用されています. この例は, ブレードのピッチのみを変更できるモデルから派生したアプリケーションを示していますが, 過渡解析と固有振動数解析の両方を提示できます. ヘリコプターのローターブレードの向きを制御するために, 斜板機構が使用されています. この例は, ブレードのピッチのみを変更できるモデルから派生したアプリケーションを示していますが, 過渡解析と固有振動数解析の両方を提示できます.
エンジン出力と構造部品の設計を最大化するために, 剛性と柔軟性の両方を備えた3気筒レシプロエンジンのモデルが使用されています. エンジン出力と構造部品の設計を最大化するために, 剛性と柔軟性の両方を備えた3気筒レシプロエンジンのモデルが使用されています.
誘導電動機のハウジング内の応力(上)とローター内の磁束密度(左下)のプロット.  2つのベアリング位置でのローター軌道も示されている(右下). 誘導電動機のハウジング内の応力(上)とローター内の磁束密度(左下)のプロット. 2つのベアリング位置でのローター軌道も示されている(右下).

多体解析における完全な適応性

変形を受ける部品は, 柔構造でモデル化でき, 他の部品はこれらの部品の部分も含め, 剛体として指定できます. 多体力学設計と解析に非線形材料特性を与えるには, マルチボディダイナミクスモジュールのモデルを非線形構造材モジュールジオメカニクスモジュールと組み合わせます. 同時に COMSOL Multiphysics と用途固有のモジュールでモデル化できる物理特性は, 熱伝達効果や電気現象など, マルチボディダイナミクスモジュールで記述する物理特性と連成できます.

過渡的, 周波数領域, 固有周波数, 定常多体力学解析を実行できます. ジョイントには減衰特性, 力とモーメント, および時間の関数として所定の動きを加えた線形バネ/ねじりバネを割り当てることができます. 以下のような解析機能と後処理機能があります.

  • 2 つのコンポーネント間の相対移動/回転およびその速度
  • ジョイントにおける反応力とモーメント
  • 基準になる局所座標権とグローバル座標系
  • 柔軟体の応力と変形
  • 疲労解析モジュール と組み合わせた重要な柔軟体の疲労解析

2 つの部品間の動きが他の物理的オブジェクトの機能の存在によって制限されることはめずらしくありません. ジョイントに対して相対的な動きを限定し, 条件的に固定して, 複雑な系を完全に定義してモデル化することができます. ロボット工学では, たとえば, 2 本の腕の相対的な動きはあらかじめ定義された時間の関数として定義できます. また, ジョイントにバネ負荷をかけ, 適切な減衰係数をマルチボディダイナミクスモジュールに含めることができます.

マルチボディダイナミクスモジュール

機能

  • ジョイントを拘束して2 つの連結部品間で相対運動を制限可能
  • ジョイントをロックして, 指定値で 2 つの連結部品間の相対運動を止めることが可能
  • スプリング条件を平衡時または変形前のジョイントの相対運動に適用可能
  • 集中機械システムを構築可能, 質量, ダンパー, ばねなどで構成可能
  • 減衰条件またはダッシュポット条件を定義して, ジョイントの相対運動における損失を指定可能
  • 連結部品間で相対運動を規定するためにジョイントが必要な場合あり
  • 以下のジョイントタイプに継ぎ手に対する摩擦損失を追加可能: 角柱, ヒンジ, 円筒, スクリュー, 平面, ボール.
  • カムフォロワ条件
  • 部品の留め具のところであらゆるタイプのジョイントに力とモーメントを適用可能
  • 機構を初期化して移動し, 指定した回転中心の周りを所定の速度で厳密に回転可能
  • 内部歯車, 外部歯車, およびラック用のパラメトリックジオメトリパーツを含むパーツライブラリ

用途

  • 航空宇宙
  • 自動車
  • エンジン力学
  • メカトロニクス
  • ロボット工学
  • 生物力学
  • 生物医学機器
  • 車両力学
  • 機械的アセンブリの一般的な動的シミュレーション

Keeping Cool: SRON Develops Thermal Calibration System for Deep-Space Telescope

Modeling Vibration in an Induction Motor

Shift into gear

Centrifugal Governor Simulator

Spring-Loaded Centrifugal Governor

Differential Gear Mechanism

Helicopter Swashplate Mechanism

Stresses and Heat Generation in Landing Gear

Three-Cylinder Reciprocating Engine

Double-Pendulum Dynamics

Modeling Gyroscopic Effect

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